本實用新型涉及一種經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)，主要適用于泥石流溝治理等類似工程的攔擋結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區(qū)，因為暴雨或其他自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流爆發(fā)突然、來勢兇猛，可攜帶巨大的石塊。因其高速前進(jìn)，具有強大的能量，因而破壞性極大。泥石流為國內(nèi)外共同面臨的重大地質(zhì)災(zāi)害源，其治理方式主要包括對泥石流進(jìn)行排導(dǎo)或攔擋，或者兩者相結(jié)合綜合治理。通過統(tǒng)計國內(nèi)外大量泥石流治理工程，絕大多數(shù)采用排導(dǎo)與攔擋相結(jié)合的治理形式，因此，攔擋壩在泥石流治理中應(yīng)用廣泛。從國內(nèi)外目前的攔擋壩結(jié)構(gòu)來看，混凝土重力壩為攔擋壩的主要選擇，由于重力壩依靠重力來維持穩(wěn)定，因此其結(jié)構(gòu)肥大，需要大量的水泥、砂石骨料等，工程投資較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、施工便捷、安全可靠，具有較強的實用性的經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)，以減少混凝土的使用量，達(dá)到節(jié)約投資的目的。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)，具有已開挖的建基面，其特征在于：所述攔擋壩的壩體由設(shè)置在壩腳處的齒墻、包裹在整個攔擋壩外表面的壩體混凝土、填充于攔擋壩內(nèi)部的混凝土砌塊石，以及呈品字形布置于壩身上的若干排泄孔組成；所述攔擋壩的頂部設(shè)開敞式、居中布置的溢流堰，該溢流面中間呈水平，并以縱向坡i為10％～20％向兩側(cè)延伸；所述齒墻通過深入基巖的插筋錨固于建基面上，緊鄰該齒墻下游側(cè)設(shè)有防淘坑。

所述插筋呈矩形布置，間排距為2～3m，直徑為25mm，插筋深入基巖1～3m、外露長度為0.5m；所述齒墻深度h為2～5m。

所述壩體混凝土采用C20混凝土，厚度d為1～2m；混凝土砌塊石中塊石的塊徑≥200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；其細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比為1：3：0.5～0.7。

所述排泄孔的孔口尺寸寬×高＝0.5×1.0m，水平間距為3～4m，垂直凈間距為3～4m，最下面一排排泄孔接近原溝谷的地表高程，垂直高差≤1.0m。

所述防淘坑內(nèi)填有塊徑≥60cm的大塊石。

對于高度小于10m的攔擋壩，所述建基面開挖至基巖面或適當(dāng)下挖。

對于高度超過10m的攔擋壩，所述建基面開挖至弱風(fēng)化上端。

對于高度小于10m的攔擋壩，本實用新型的一種經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于包括以下步驟：

a.建基面的開挖：開挖建基面至基巖面或適當(dāng)下挖；

b.插筋的布置：插筋深入基巖1～3m、外露長度為0.5m，直徑≥25mm，呈矩形布置，間排距為2～3m，平行布置兩排插筋；

c.齒墻的設(shè)置：齒墻設(shè)置在攔擋壩的壩腳處，并通過深入基巖的插筋錨固與建基面上，深度h為2～5m；

d.壩體混凝土的澆筑：壩體混凝土包裹在整個攔擋壩的外表面，采用C20混凝土，厚度d為1～2m；

e.混凝土砌塊石的施工：以壩體混凝土為模板，在攔擋壩內(nèi)部填充混凝土砌塊石，當(dāng)壩體混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，開始混凝土砌塊石的施工，首先將塊石堆放于壩體中部設(shè)計區(qū)域，再將水泥砂漿倒入其中，隨機充填粒徑較大的塊石；混凝土砌塊石中的塊石塊徑≥200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；其細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比為1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔的布置：在攔擋壩的壩身上布置2～3排呈品字形分布的排泄孔，其孔口尺寸寬×高＝0.5×1.0m，水平間距為3～4m，垂直凈間距為3～4m，最下面一排排泄孔接近原溝谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；

g.溢流堰的設(shè)置：在攔擋壩的頂部設(shè)開敞式溢流堰，并居中布置，溢流面中間呈水平，以縱向坡i為10％～20％向兩側(cè)延伸；

h.防淘坑的設(shè)置：緊鄰齒墻下游側(cè)設(shè)有防淘坑，防淘坑內(nèi)填滿完整性較好、塊徑不小于60cm大塊石。

對于高度超過10m的攔擋壩，本實用新型的另一種經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于包括以下步驟：

a.建基面的開挖：開挖建基面至弱風(fēng)化上端；

b.插筋的布置：插筋深入基巖1～3m、外露長度為0.5m，直徑≥25mm，呈矩形布置，間排距為2～3m，平行布置布置3～4排；

c.齒墻的設(shè)置：齒墻設(shè)置在攔擋壩的壩腳處，并通過深入基巖的插筋錨固與建基面上，深度h為2～5m；

d.壩體混凝土的澆筑：壩體混凝土包裹在整個攔擋壩的外表面，采用C20混凝土，厚度d為1～2m；

e.混凝土砌塊石的施工：以壩體混凝土為模板，在攔擋壩內(nèi)部填充混凝土砌塊石，當(dāng)壩體混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，開始混凝土砌塊石的施工，首先將塊石堆放于壩體中部設(shè)計區(qū)域，再將水泥砂漿倒入其中，隨機充填粒徑較大的塊石；混凝土砌塊石中的塊石塊徑≥200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；其細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比為1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔的布置：在攔擋壩的壩身上布置3～4排呈品字形分布的排泄孔，其孔口尺寸寬×高＝0.5×1.0m，水平間距為3～4m，垂直凈間距為3～4m，最下面一排排泄孔接近原溝谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；

g.溢流堰的設(shè)置：在攔擋壩的頂部設(shè)開敞式溢流堰，并居中布置，溢流面中間呈水平，以縱向坡i為10％～20％向兩側(cè)延伸；

h.防淘坑的設(shè)置：緊鄰齒墻下游側(cè)設(shè)有防淘坑，防淘坑內(nèi)填滿完整性較好、塊徑不小于60cm大塊石。

本實用新型的有益效果是：本實用新型采用“金包銀”的結(jié)構(gòu)形式，解決了泥石流治理中攔擋壩結(jié)構(gòu)肥大、工程投資高的問題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、施工便捷、安全可靠，具有較強的實用性。

附圖說明

圖1是本實用新型的上游側(cè)立視圖。

圖2是本實用新型的剖面圖。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本實施例一種經(jīng)濟型泥石流攔擋壩結(jié)構(gòu)，對于高度小于10m的攔擋壩，建基面1開挖至基巖面或適當(dāng)下挖；對于高度超過10m的攔擋壩，建基面1開挖至弱風(fēng)化上端。

本實施例中攔擋壩的壩體由設(shè)置在壩腳處齒墻3、包裹在整個攔擋壩外表面的壩體混凝土4、填充于攔擋壩內(nèi)部的混凝土砌塊石5，以及呈品字形布置于壩身上的若干排泄孔6；攔擋壩的頂部設(shè)開敞式、居中布置的溢流堰7，該溢流面中間呈水平，并以縱向坡i為10％～20％向兩側(cè)延伸；齒墻3通過深入基巖的插筋2錨固與建基面1上，緊鄰該齒墻下游側(cè)設(shè)有防淘坑8。

其中，插筋2呈矩形布置，間排距為2～3m，直徑為25mm，插筋深入基巖1～3m、外露長度為0.5m；齒墻3深度h為2～5m；壩體混凝土4采用C20混凝土，厚度d為1～2m；混凝土砌塊石5中塊石的塊徑≥200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；其細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，配合比為1：3：0.5～0.7；排泄孔6的孔口尺寸寬×高＝0.5×1.0m，水平間距為3～4m，垂直凈間距為3.0～4.0m，最下面一排排泄孔6接近原溝谷的地表高程，垂直高差≤1.0m；防淘坑8內(nèi)填有塊徑≥60cm的大塊石。

對于高度小于10m的攔擋壩，本實施例的施工方法，包括以下步驟：

a.建基面1的開挖：泥石流治理相關(guān)的攔擋結(jié)構(gòu)，一般工程等級較低，因此建基面1沒有常規(guī)混凝土重力壩要求嚴(yán)格；當(dāng)攔擋壩高度小于10m時，建基面1開挖至基巖面即可，對于遇水易軟化的巖石，建基面1可適當(dāng)下挖；為使攔擋壩受力均勻，建基面1要求盡量平順，避免出現(xiàn)較大的起伏；

b.插筋2的布置：為確保攔擋壩的穩(wěn)定性，同時較小攔擋壩的體型，在攔擋壩基礎(chǔ)設(shè)置插筋2，要求深入基巖1～3m，具體根據(jù)攔擋壩的壩高、規(guī)模等綜合確定；插筋2外露長度為0.5m左右，以便于與壩體鋼筋焊接；插筋2直徑一般不小于φ25，間排距為2～3m，矩形布置；插筋2排數(shù)根據(jù)攔擋壩壩高確定，當(dāng)攔擋壩高度小于10m時，一般平行布置兩排插筋即可；

c.齒墻3的設(shè)置：為加強攔擋壩自身的穩(wěn)定性，防止泥石流通過攔擋壩后對壩腳的淘刷，齒墻3設(shè)置在攔擋壩的壩腳處，并通過深入基巖的插筋2錨固與建基面1上，深度h一般為2～5m；具體根據(jù)攔擋壩的壩高、規(guī)模等綜合確定；齒墻3要求坐落于基巖上，且通過插筋2與基巖連接牢固；

d.壩體混凝土4的澆筑：攔擋壩采用“金包銀”的結(jié)構(gòu)形式，以減少混凝土的使用量；壩體混凝土4包裹在整個攔擋壩的外表面，采用C20混凝土，厚度d一般為1～2m，由于壩體混凝土4為后續(xù)的混凝土砌塊石5的模板，因此壩體混凝土4的澆筑質(zhì)量較為重要，要避免壩體混凝土4出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量缺陷；

e.混凝土砌塊石5的施工：混凝土砌塊石5主要為攔擋壩的填充體，對外部的壩體混凝土4起到支撐等作用；以壩體混凝土4為模板，在攔擋壩內(nèi)部填充C15細(xì)骨料的混凝土砌塊石5，當(dāng)壩體混凝土4達(dá)到設(shè)計強度后，開始混凝土砌塊石5的施工，首先將塊石堆放于壩體中部設(shè)計區(qū)域，再將水泥砂漿倒入其中，利用水泥砂漿的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機充填；混凝土砌塊石5由塊石、C15細(xì)骨料混凝土相互膠結(jié)而成，類似于堆石混凝土，但施工工藝、設(shè)計技術(shù)指標(biāo)較堆石混凝土低；混凝土砌塊石5中的塊石，要求塊徑不小于200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，一般配合比為1：3：0.5～0.7；

f.排泄孔6的布置：壩體的排泄孔6主要為排泄壩前積水，孔口尺寸一般為0.5×1.0m(寬×高)，具體寬度可根據(jù)下式計算確定；排泄孔水平間距一般為3～4m；對于攔擋壩的壩高小于10m的工程，壩體排泄孔6一般設(shè)置2～3排；垂直凈間距一般為3.0～4.0m，呈品字形布置，最下面一排壩體排泄孔6與原溝谷的地表高程接近，一般高差相距不大于1.0m，便于及時排除溝谷內(nèi)的積水；

g.溢流堰7的設(shè)置：攔擋壩頂部設(shè)開敞式溢流堰7，并居中布置，溢流面中間呈水平，以縱向坡i向兩側(cè)延伸，一般情況下i為10％～20％；施工中，應(yīng)確保溢流堰7的表面平滑，對于攔擋壩高度較大的工程，應(yīng)視情況，在溢流堰7表面增加抗沖耐磨混凝土；

溢流堰7孔口尺寸的設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合壩體長度、地形條件等擬定初步的寬度B，再通過下式計算來分析初擬尺寸B是否滿足設(shè)計要求；

$B_y=Q/\left({\mathrm{Cm\ϵ\σ}}_s\sqrt{2g}{\mathrm{Hw}}^{3/2}\right)$

式中：B_y-溢流堰凈寬，m；

Q-溢流堰流量，m³/s；

C-上游面坡度影響系數(shù)，取C＝0.999；

m-流量系數(shù)，取m＝0.498；

ε-側(cè)收縮系數(shù)，0.9～0.95，取0.9；

σ_s-淹沒系數(shù)，不淹沒取σ_s＝1；

H_w-堰頂以上水深，m；

h.防淘坑8設(shè)計：為防止高速下泄的泥石流對攔擋壩腳的淘刷，在緊鄰齒墻3部位設(shè)置防淘坑8，防淘坑內(nèi)填滿大塊石，其中大塊石要求完整性較好、塊徑不小于60cm。

對于高度超過10m的攔擋壩，本實施例的施工方法，包括以下步驟：

a.建基面1的開挖：泥石流治理相關(guān)的攔擋結(jié)構(gòu)，一般工程等級較低，因此建基面1沒有常規(guī)混凝土重力壩要求嚴(yán)格；當(dāng)攔擋壩的高度超過10m時，建基面1要求開挖至弱風(fēng)化上端；為使攔擋壩受力均勻，建基面1要求盡量平順，避免出現(xiàn)較大的起伏；

b.插筋2的布置：為確保攔擋壩的穩(wěn)定性，同時較小攔擋壩的體型，在攔擋壩基礎(chǔ)設(shè)置插筋2，要求深入基巖1～3m，具體根據(jù)攔擋壩的壩高、規(guī)模等綜合確定；插筋2外露長度為0.5m左右，以便于與壩體鋼筋焊接；插筋2直徑一般不小于φ25，間排距為2～3m，矩形布置；插筋2排數(shù)根據(jù)攔擋壩壩高確定，當(dāng)攔擋壩壩高超過10m時，一般布置3～4排；

c.齒墻3的設(shè)置：為加強攔擋壩自身的穩(wěn)定性，防止泥石流通過攔擋壩后對壩腳的淘刷，齒墻3設(shè)置在攔擋壩的壩腳處，并通過深入基巖的插筋2錨固與建基面1上，深度h一般為2～5m；具體根據(jù)攔擋壩的壩高、規(guī)模等綜合確定；齒墻3要求坐落于基巖上，且通過插筋2與基巖連接牢固；

d.壩體混凝土4的澆筑：攔擋壩采用“金包銀”的結(jié)構(gòu)形式，以減少混凝土的使用量；壩體混凝土4包裹在整個攔擋壩的外表面，采用C20混凝土，厚度d一般為1～2m，由于壩體混凝土4為后續(xù)的混凝土砌塊石5的模板，因此壩體混凝土4的澆筑質(zhì)量較為重要，要避免壩體混凝土4出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量缺陷；

e.混凝土砌塊石5的施工：混凝土砌塊石5主要為攔擋壩的填充體，對外部的壩體混凝土4起到支撐等作用；以壩體混凝土4為模板，在攔擋壩內(nèi)部填充C15細(xì)骨料的混凝土砌塊石5，當(dāng)壩體混凝土4達(dá)到設(shè)計強度后，開始混凝土砌塊石5的施工，首先將塊石堆放于壩體中部設(shè)計區(qū)域，再將水泥砂漿倒入其中，利用水泥砂漿的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機充填；混凝土砌塊石5由塊石、C15細(xì)骨料混凝土相互膠結(jié)而成，類似于堆石混凝土，但施工工藝、設(shè)計技術(shù)指標(biāo)較堆石混凝土低；混凝土砌塊石5中的塊石，要求塊徑不小于200mm、含泥量不超過0.5％、且塊石質(zhì)地堅硬；細(xì)骨料混凝土由水泥、砂、水按照一定的配合比拌和而成，一般配合比為1：3：0.5～0.7，對于壩高較高或規(guī)模較大的攔擋壩工程，應(yīng)通過相關(guān)試驗確定其配合比；

f.排泄孔6的布置：壩體排泄孔6主要為排泄壩前積水，孔口尺寸一般為0.5×1.0m(寬×高)，具體寬度可根據(jù)下式計算確定；排泄孔水平間距一般為3～4m；對于攔擋壩的壩高大于10m的工程，壩體排泄孔6一般設(shè)置3～4排，垂直凈間距一般為3.0～4.0m，呈品字形布置，最下面一排壩體排泄孔6與原溝谷的地表高程接近，一般高差相距不大于1.0m，便于及時排除溝谷內(nèi)的積水；

g.攔擋壩頂部設(shè)開敞式溢流堰7，并居中布置，溢流面中間呈水平，以縱向坡i向兩側(cè)延伸，一般情況下i為10％～20％；施工中，應(yīng)確保溢流堰7的表面平滑，對于攔擋壩高度較大的工程，應(yīng)視情況，在溢流堰7表面增加抗沖耐磨混凝土；

溢流堰7孔口尺寸的設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合壩體長度、地形條件等擬定初步的寬度B，再通過下式計算來分析初擬尺寸B是否滿足設(shè)計要求；

$B_y=Q/\left({\mathrm{Cm\ϵ\σ}}_s\sqrt{2g}{\mathrm{Hw}}^{3/2}\right)$

式中：B_y-溢流堰凈寬，m；

Q-溢流堰流量，m³/s；

C-上游面坡度影響系數(shù)，取C＝0.999；

m-流量系數(shù)，取m＝0.498；

ε-側(cè)收縮系數(shù)，0.9～0.95，取0.9；

σ_s-淹沒系數(shù)，不淹沒取σ_s＝1；

H_w-堰頂以上水深，m；

h.防淘坑8設(shè)計：為防止高速下泄的泥石流對攔擋壩腳的淘刷，在緊鄰齒墻3部位設(shè)置防淘坑8，防淘坑8內(nèi)填滿大塊石，其中大塊石要求完整性較好、塊徑不小于60cm。